(57)【要約】      （修正有）【課題】可視光に透明な基板を使用する半導体発光装置において、発光及び光取出し効率を向上でき、実装負荷のかからない半導体発光装置を提供する。【解決手段】ｐ−ＧａＰ透明基板１１一主面には、この面積より小面積に形成され、且つｐｎ接合による電流注入により、その半導体に固有な波長の光を発光させるための積層構造を有する半導体発光層２０が接着されている。この半導体発光層２０他主面には、低い電気的接触抵抗のｎ側コンタクト電極３１と光学的な反射率が高い光反射層３２とを有する第１主電極３０が設けられ、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の他主面には、ｐ側コンタクト電極としての第２主電極３３が設けられている。そして、ｎ側コンタクト電極３１は、中央部より周辺部側に高密度に配置し、且つその占有面積を第１主電極３０の面積に対して６％乃至６０％の範囲に設けている。【選択図】  図１
2005019695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光波長に透明な化合物半導体の透明基板と、
この透明基板の一主面の面積より小面積に形成されて当該透明基板の一主面にその一主面が接着され、且つ電流注入により、その半導体に固有な波長の光を発光させるための積層構造を有する半導体発光層と、
この半導体発光層の一主面と相対向する他主面において、光反射領域とオーミックコンタクト領域とを有する第１主電極と、
前記透明基板の他主面に設けられた第２主電極と、
を具備し、
前記オーミックコンタクト領域は、前記第１主電極の中央部より周辺部側に高密度に配置され、且つ当該オーミックコンタクト領域の占有面積を前記第１主電極の面積に対して６％乃至６０％の範囲に設けたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記オーミックコンタクト領域は、前記半導体発光層の周辺部を避けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記第１主電極は、オーミックコンタクト電極と光反射層とで構成され、このオーミックコンタクト電極により前記オーミックコンタクト領域が形成され、且つ前記光反射層により前記光反射領域が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記オーミックコンタクト領域は、同心円形構造、または格子状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記半導体発光層は、一導電型の第１クラッド層と、この第１クラッド層表面に設けられた活性層と、この活性層表面に設けられた前記第１導電型とは反対導電型の第２クラッド層とを少なくとも有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記半導体発光層と前記第１主電極とを有する構造体が複数に分割されて前記透明基板に接着されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記半導体発光層が接着されずに露出した前記透明基板の一主面部分に光反射層を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記透明基板は導電型不純物が添加されたＧａＰからなり、その不純物のキャリア濃度が、２Ｅ１７／ｃｍ３乃至３Ｅ１８／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記透明基板は、その一主面から他主面に向かうにしたがって先細りの台形構造であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置に係り、特に外部光取出し効率の向上及び発光効率の向上を図る半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた可視領域の半導体発光装置が種々提案されている。従来の半導体発光装置は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板の上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を順次エピタキシャル成長させたＩｎＧａＡｌＰ系のダブルヘテロ構造部を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板下面にｎ側コンタクト電極を形成し、ｐ型クラッド層上にｐ側コンタクト電極を設けている。
【０００３】
このダブルへテロ構造部を形成する、活性層、及びｎ型／ｐ型クラッド層のバンドギャップ及び格子定数を設計値に合わせて、最適に選ぶことによって、キャリアを閉じ込めて効率よく可視光領域内で所望の波長で発光させることができる。
【０００４】
例えば、エピタキシャル成長する活性層の組成を、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．９５７Ａｌ０．０４３）０．５Ｐ、ｎ型／ｐ型クラッド層の組成をＩｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐにすることにより、波長６４４ｎｍの赤色が得られ、活性層の組成を、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５４６Ａｌ０．４５４）０．５Ｐ、ｎ型／ｐ型クラッド層の組成をＩｎ０．５Ａｌ０．５Ｐにすることにより、波長５６２ｎｍの緑色が得られる。
【０００５】
また、ＩｎＧａＡｌＰ系のダブルへテロ半導体発光装置は、基板の入手や格子整合の取り易さ等の関係で、最も一般的なＧａＡｓ基板が利用されている。しかしながら、ＧａＡｓのバンドギャップ波長が８７０ｎｍにあるため、約８７０ｎｍ以下の、いわゆる可視光の吸収係数は大きくなり、ＧａＡｓ基板を用いた可視光半導体発光装置では、発光光の一部がＧａＡｓ基板に吸収されて輝度が低下する。
【０００６】
ＧａＡｓ基板による可視光の吸収を避けるためには、可視光に透明な材料を基板に用いればよい。一般的な透明材料として、ＧａＰがある。しかしながら、ＧａＰ基板はＩｎＧａＡｌＰ系材料とは格子整合が取れないために、良好なエピタキシャル結晶を成長することが難しい。そのために、ＧａＡｓ基板上に成長したＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル層とＧａＰ基板とを、ウェーハ同士で直接接着し、その後、ＧａＡｓ基板を除去してなる半導体発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
すなわち、図７に示すように、ＧａＡｓ基板（図示略）上にエピタキシャル成長したｎ−電流拡散層１１７、ｎ−クラッド層１１６、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層１１５、ｐ−クラッド層１１４、ｐ−接着層１１３と、ｐ−ＧａＰ基板１１１上に成長させたｐ−ＧａＰ層１１２とを直接接着して、その後、ＧａＡｓ基板を除去して、ｎ−電流拡散層１１７に接続するｎ側コンタクト電極１２１、ｐ−ＧａＰ基板１１１に接続するｐ側コンタクト電極１２４が形成された半導体発光装置１００が開示されている。
【０００８】
この半導体発光装置１００によれば、接着した透明なＧａＰ基板を使用することによって、発光した可視光が概ね吸収されることなく取出せるので、ＧａＡｓ基板を使用した場合に比較して輝度の低下を防ぐことができる。
【０００９】
しかしながら、発光光の一部は、光取出し側のｐ側コンタクト電極１２４と反対側のｎ側コンタクト電極１２１側にも放出されるが、その多くがｎ側コンタクト電極１２１との界面等で吸収される。また、注入する電流は活性層の一部分に集中してしまうために、活性層の全てを発光に寄与させられないという問題があり、まだ、電流注入に改善の余地があった。
【００１０】
このｎ側コンタクト電極部での光の吸収を抑制するために、ｎ側電極部を反射率が高い領域とオーミックコンタクトを取る領域とに分割して、これらを交互に、且つ一定周期で配置して、発光光を有効に取出す構造の半導体発光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
また、活性層の一部分に電流が集中しないように、光取出し側である表面側、光取出しの反対側である裏面側のそれぞれに複数の電極を設ける構造の半導体発光装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
これらの改善策は、それぞれに効果があるものの、前者は、反射率が高い領域とオーミックコンタクトを取る領域とを全面にわたって一定周期で形成しているために、結局、活性層の一部分に電流が集中してしまい、発光領域を十分に活用できず、光出力がまだ不充分という問題がある。また、後者は複数本のボンディングワイヤを表面側電極にそれぞれ接続するために、半導体発光装置の実装に時間がかかり、実装面積が増大するという問題があり、発光光を十分に取出し切れてないという問題がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−１１１０５２号公報（第３頁、図７）
【００１４】
【特許文献２】
特開２００２−２１７４５０号公報（第５−７頁、第１図）
【００１５】
【特許文献３】
特開平１１−１６３３９６号公報（第３頁、第１図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、改善策の特許文献２の半導体発光装置では、電極部の反射させる部分とオーミックコンタクト部分とを電極全面にわたって、一定周期で形成しているために、活性層の一部分に電流が集中し、発光に寄与する活性層の領域を限定してしまい、光出力が不十分であるという問題があり、また、特許文献３の半導体発光装置では、半導体発光装置の実装に時間がかかり、実装面積が増大するという問題がある。
【００１７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、可視光に対して透明な基板を使用する半導体発光装置において、発光及び光取出し効率の向上、及び実装負荷の少ない半導体発光装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体発光装置は、発光波長に透明な化合物半導体の透明基板と、この透明基板の一主面の面積より小面積に形成されて当該透明基板の一主面にその一主面が接着され、且つ電流注入により、その半導体に固有な波長の光を発光させるための積層構造を有する半導体発光層と、この半導体発光層の一主面と相対向する他主面において、光反射領域とオーミックコンタクト領域とを有する第１主電極と、前記透明基板の他主面に設けられた第２主電極とを具備し、前記オーミックコンタクト領域は、前記第１主電極の中央部より周辺部側に高密度に配置され、且つ当該オーミックコンタクト領域の占有面積を前記第１主電極の面積に対して６％乃至６０％の範囲に設けたことを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置は、発光光に対して透明な基板を有して、裏面のｎ側電極部としての第１主電極のオーミックコンタクト領域と光学的な高反射領域の面積比率を工夫することによって、活性層で十分に発光させると同時に発光光を十分に取出すことを図ったものである。以下、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１（ａ）はその半導体発光装置を模式的に示す断面図、図１（ｂ）、（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面を含む平面図である。なお、図面は、模式的なものであり、各層の膜厚や膜厚の比率等は実際の半導体発光装置とは異なる。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の半導体発光装置１は、透明基板であるｐ−ＧａＰ透明基板１１の一主面と半導体発光層２０との一主面とが接着されてなり、半導体発光層２０の他主面には、ｎ側コンタクト電極３１と光反射層３２とで構成される第１主電極３０が形成されている。また、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の他主面には、第２主電極であるｐ側コンタクト電極３３が形成されている。
【００２３】
ここで、ｐ−ＧａＰ透明基板１１は、半導体発光層２０側の一主面から光の取出し側の他主面に向かって先細りのテーパを有する台形構造になっている。ｐ−ＧａＰ透明基板１１の不純物のキャリア濃度は、例えば、Ｚｎをドープして２Ｅ１７／ｃｍ３〜３Ｅ１８／ｃｍ３の範囲に調整する。ここでは、約６Ｅ１７／ｃｍ３〜１Ｅ１８／ｃｍ３に調整している。また、ここでは、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の一主面にｐ−ＧａＰ透明接着層１２をＧａＰ透明基板１１と同程度の不純物のキャリア濃度に形成し、このｐ−ＧａＰ透明接着層１２を介して半導体発光層２０にｐ−ＧａＰ透明基板１１を接着しているが、ｐ−ＧａＰ透明基板１１を半導体発光層２０に直接、接着しても良い。このｐ−ＧａＰ透明基板１１及びｐ−ＧａＰ透明接着層１２は、不純物のキャリア濃度が高くなると光の吸収率が大きくなるため、光の取出し効率が低下し、逆に、不純物のキャリア濃度が低くなると順方向のダイオード特性が劣化することになるので、不純物のキャリア濃度を最適な範囲に調整する必要がある。
【００２４】
また、半導体発光層２０は、ｐｎ接合による電流注入により、その半導体に固有な波長の光を発光させるための積層構造を有し、本実施の形態では、ｐ−ＩｎＧａＰ接着層２１と、この表面に形成されたｐ−ＩｎＡｌＰクラッド層２２と、この表面に形成された単層あるいはＭＱＷ構造のｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層２３と、この表面に形成されたｎ−ＩｎＡｌＰクラッド層２４と、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層２５とを有し、ｐ−ＩｎＧａＰ接着層２１を介してｐ−ＧａＰ透明基板１１のｐ−ＧａＰ透明接着層１２に接着されている。
【００２５】
半導体発光層２０の各層の積層面は、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の一主面及びｐ−ＧａＰ透明接着層１２の表面より小面積に形成されており、ｐ−ＧａＰ透明接着層１２の外周より内側に設けられている。ｐ−ＩｎＧａＰ接着層２１からｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層２５までの各層は、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の一主面、或いはｐ−ＧａＰ透明接着層１２の表面に対して約７０％の面積比となっている。また、ｐ−ＩｎＡｌＰクラッド層２２、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層２３、及びｎ−ＩｎＡｌＰクラッド層２４とでダブルへテロ構造部２６を構成し、発光に直接寄与する部分を形成している。ダブルへテロ構造部２６の中で、キャリアが再結合して発光するのはｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層２３である。このｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層２３を挟むように上下に形成されたｐ−ＩｎＡｌＰ及びｎ−ＩｎＡｌＰクラッド層２２及び２４は、キャリアを封じ込めて発光効率を上げるためにｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層２３よりも広いバンドギャップを有している。このダブルへテロ構造部２６をなすｐ−ＩｎＡｌＰクラッド層２２、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層２３、及びｎ−ＩｎＡｌＰクラッド層２４は、発光波長の調整及びキャリアの閉じ込めのために、バンドギャップを設計に応じて最適に選ぶ必要がある。
【００２６】
また、半導体発光層２０におけるｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層２５には、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２７を介して設けられたｎ側コンタクト電極３１とこのｎ側コンタクト電極３１を覆って設けられた光反射層３２からなる第１主電極３０が設けられている。この光反射膜３２は、ｎ側コンタクト電極３１に対して低いコンタクト抵抗でオーミックコンタクトするようになっている。また、光反射膜３２は、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層２５に対して電気的接触抵抗が高い非オーミックコンタクトであるが、光学的な反射率が高い光反射領域である。一方、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層２５にｎ−ＧａＡｓコンタクト層２７を介して接触するｎ側コンタクト電極３１は、光学的な反射率は犠牲にしているが、電気的接触抵抗の低いオーミックコンタクトとなっている。しかし、反射率は光反射領域よりも低いもののオーミックコンタクト領域でも発光光を反射する。
【００２７】
ここで、ｎ側コンタクト電極３１は、例えば、ＡｕＧｅ等が用いられ、光高反射層３２は、Ａｕを主成分にした金属が用いられる。
【００２８】
更に、ｐ−ＧａＰ透明基板１１には、ｐ側コンタクト電極である第２主電極２４が設けられている。
【００２９】
ここで、ｎ側コンタクト電極３１は、図１（ｂ）に示すように、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層２５の中心に設けられた円形電極部３１ａと、これと同心的に設けられた第１及び第２のリング状電極部３１ｂ、３１ｃと、放射状に配置されて第１及び第２のリング状電極３１ｂ、３１ｃを連結する複数の直線電極３１ｄとで構成されている（以下、これを単に同心円形構造という）。また、ｎ側コンタクト電極３１は、図（ｃ）に示すように、格子状構造にしても良い。また、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２７は、ｎ側コンタクト電極３１と同じ構造に形成されている。ｎ側コンタクト電極３１の面積は、光反射層３２の面積の約２０％を占めている。また、ｎ側コンタクト電極２１は、電極部の間隔を周辺部に向かうに従って狭く形成することにより、電極の密度が周辺部に行く程高くなるように形成されている。
【００３０】
そして、この半導体発光装置１は、第１主電極部３０の光反射層３２に共晶膜（図示略）等が形成され、パッケージへのマウント及びｎ側コンタクト電極３１との電気的接続がなされる。また、反対側の第２主電極であるｐ側コンタクト電極３３は、１本のボンディングワイヤにより外部との電気的接続がなされる。
【００３１】
上記本実施形態の半導体発光装置１の構造的な特徴は、まず、（１）半導体発光層２０の面積を、ｐ−ＧａＰ透明基板１１、またはｐ−ＧａＰ透明接着層１２の面積よりも小さくしたことである。更に、（２）第１主電極３０の面積を、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層２５の面積よりも小さくし、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２７及びｎ側コンタクト電極３１の面積を、６％〜６０％の範囲で、好ましくは光反射層３２の面積の約２０％にし、且つこれらコンタクト層２７及びｎ側コンタクト電極３１の密度を、周辺部に行く程高くなるように配設したことである。また、（３）ｐ−ＧａＰ透明基板１１の不純物のキャリア濃度を、２Ｅ１７／ｃｍ３〜３Ｅ１８／ｃｍ３の範囲で、好ましくは約６Ｅ１７／ｃｍ３〜１Ｅ１８／ｃｍ３にしたことにある。これらの構造による特徴を以下に述べる。
【００３２】
本発明者らは、高輝度発光装置の開発において、光反射層３２による光学的反射特性とｎ側コンタクト電極３１による電気的特性との関係について検討した。まず、ｎ側コンタクト電極３１の面積と光反射層３２の面積との比率と光出力との関係を図２に示す条件のもとで行い、図３に示す通りの結果を得た。図２（ａ）、（ｂ）は、ｎ側コンタクト電極３１の面積と光反射層３２を含む第１主電極３０全体の面積との比率が、光出力に及ぼす程度を測定するために用いた半導体発光装置を模式的に示した断面図及び平面図、図３は、ｎ側コンタクト電極３１の面積比率と光出力との関係を示す図である。
【００３３】
まず、図２（ａ）に示すように、測定用の半導体発光装置２として、矩形状の半導体発光層２０に面積Ｓ１を有する円形のｎ側コンタクト電極３１を形成し、このｎ側コンタクト電極３１を覆って半導体発光層表面２０に面積Ｓ２を有する矩形状の光反射層３２を形成した。
【００３４】
また、この半導体発光装置２では、以下のように相対的な寸法を規定した。ｐ側コンタクト電極３３の面積は、ｐ−ＧａＰ透明基板１１のｐ側コンタクト電極３３の接触面の面積の５０％、半導体発光層２０の面積は、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の面積（半導体発光層２０との接触面面積）Ｓ３の７０％としている。
【００３５】
そして、この測定用の半導体発光装置２を用いて、測定を行った。その結果は、図３に示す通りである。
【００３６】
図３において、横軸はｎ側コンタクト電極占有面積比（光反射膜３２の面積Ｓ２に対するｎ側コンタクト電極３１の面積Ｓ１の比率）を取り、縦軸にｎ側コンタクト電極３１占有面積比が１００％（ｎ側コンタクト電極３１のみ）で、且つｐ−ＧａＰ透明基板１１の面積がＳ３の場合の単位面積当たりの光出力を１とした時の相対光出力をとり、測定値をプロットしてある。
【００３７】
図３に示すように、曲線（Ｂ）のｐ−ＧａＰ透明基板１１の面積Ｓ３の場合、ｎ側コンタクト電極占有面積比１００％の光出力に対して、ｎ側コンタクト電極占有面積比が減少するに従い相対光出力は増加して行き、ｎ側コンタクト電極占有面積比が約１５％の時点で最大となり、その後は、ｎ側コンタクト電極占有面積比が減少するに従って相対光出力は急激に減少する。これは、ｎ側コンタクト電極占有面積比の減少が、ｎ側コンタクト電極３１面積の減少となり、ダイオードの順方向電圧が高まり自己発熱が大きくなり、半導体発光装置２の実装マウント面からの放熱能力が追いつかなくなり、光出力が急激に低下するためと考えられる。また、光出力の最大値は、必要な電流を注入して発光させ、発光光を光反射層３２を利用して外部に取出す一定の割合を確保でき、放熱が効果的に行われるバランスのとれた時に得られることを示している。相対光出力の最大値約１．８に対して、約３０％減少までを許容範囲とすると、相対光出力約１．２６が境界となり、そのときのｎ側コンタクト電極占有面積比は、約６％〜６０％となる。また、図３に示すように、曲線（Ａ）のｐ−ＧａＰ透明基板１１の面積Ｓ３の半分の場合についても、曲線（Ｂ）と同様の傾向を示していることから、上述の現象が起きていると推測でき、十分な光出力を得るためには、ｎ側コンタクト電極占有面積比を約６％〜６０％にすれば良いことが分かる。
【００３８】
そして、図３の曲線（Ａ）に示すように、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の面積Ｓ３を半分に縮小した場合の方が、曲線（Ｂ）に示す面積を縮小する前に比較して、ｎ側コンタクト電極占有面積比に関係なく２０〜３０％程度単位面積当たりの光出力が大きい。この現象は、図２に示す構造においては、半導体発光層２０の面積を小さくした方が、注入電流密度が相対的に大きくなるためと考えられる。
【００３９】
次に、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の不純物のキャリア濃度と光束値との関係について検討した。その結果は、図４に示す通りである。この実験に用いた半導体発光装置２では、ｎ側コンタクト電極占有面積比を約２０％にし、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の面積をＳ３の半分に縮小した。
【００４０】
図４は、横軸にｐ−ＧａＰ透明基板１１の不純物のキャリア濃度を取り、縦軸に相対光束値を取り、ダイオードの順方向電圧特性に影響を及ぼさない下限値である不純物のキャリア濃度が約２Ｅ１７／ｃｍ３のｐ−ＧａＰ透明基板１１の光束値を１とした時の相対光束値でプロットしてある。
【００４１】
図４に示すように、不純物のキャリア濃度が約２Ｅ１７／ｃｍ３のｐ−ＧａＰ透明基板１１の光束値を起点に、不純物のキャリア濃度が増加するに従って、相対光束値は単調に減少する。そして、不純物のキャリア濃度が約３Ｅ１８／ｃｍ３で実用的な下限と考えられる相対光束値０．７に達して、更に単調に減少傾向を示している。この現象は、発光光が、通過途中にあるｐ−ＧａＰ透明基板１１内の不純物によって散乱や吸収され、不純物のキャリア濃度が増加するに伴って散乱や吸収される量が増加するためと考えられる。従って、実用に適する不純物のキャリア濃度は、２Ｅ１７／ｃｍ３〜約３Ｅ１８／ｃｍ３の範囲が好ましい。
【００４２】
上述したような構造の半導体発光装置によれば、半導体発光層２０をｐ−ＧａＰ透明基板１１底辺面積より小さくし、ｎ側コンタクト電極３１の面積を半導体発光層２０の面積より小さくし、しかも、ｎ側コンタクト電極３１を半導体発光層２０の周辺部を除いた表面において、同心円形構造あるいは格子状構造に形成すると共に電極密度を周辺部に向うに従って高く形成している。また、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の不純物のキャリア濃度を、従来は約３Ｅ１８／ｃｍ３以上も使用可能としていた範囲をより低い範囲に設定している。従って、注入電流密度の向上、及び活性層の有効領域を拡大でき、発光光を効率よく反射させると共に、通過すべき光の吸収を抑えて外部に放出することができるため、従来の構造の半導体発光装置に比較して、約２倍の光出力を得ることが可能である。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、その半導体発光装置を模式的に示す断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面を含む平面図である。以下、第１の実施の形態と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。
【００４４】
図５に示すように、本実施の形態の半導体発光装置３は、第１の実施の形態の半導体発光装置１と同じｐ−ＧａＰ透明基板１１及び半導体発光層２０とを有しているが、第１主電極３０を含む半導体発光層２０が、より細分化されている点が異なる。例えば、半導体発光層２０及び第１主電極３０は、それぞれ４分割２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ及び３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにされて、ｐ−ＧａＰ透明接着層１２上にほぼ均等に配設されて、接着されている。なお、４つの半導体発光層２０ａ〜２０ｄの面積の和は、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の面積よりも小さく形成されている。
【００４５】
なお、４つの半導体発光層２０ａ乃至２０ｄ及び第１主電極３０ａ乃至３０ｄの構成は、第１の実施の形態の構成と同じである。
【００４６】
上述したような第２の実施の形態の半導体発光装置によれば、上記第１の実施の形態による効果の他に、ｎ側コンタクト電極３１を一層小さくした結果、注入電流密度の上昇を図ることができ、第１主電極３０を４分割して配設したことにより発光に寄与する有効領域を上記第１の実施の形態に比べて一層広げることができ、発光効率の向上できるため、高光出力を得ることが可能である。その結果、例えば、従来の構造の半導体発光装置に比較して、約２．４倍の光出力を得られる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、第１主電極３０は、複数に分割されているが、実装においては同一電極基板上に同時にマウントされるので、実装時間の増加はほとんどない。
【００４８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光装置について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、その半導体発光装置を模式的に示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面を含む平面図である。以下、第１の実施の形態と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。
【００４９】
図６に示すように、本実施の形態の半導体発光装置４は、第１の実施の形態の半導体発光装置１と同じｐ−ＧａＰ透明基板１１及び半導体発光層２０を有しているが、ｐ−ＧａＰ透明接着層１２の露出部分の上に接触して光学的な反射率の高い光反射層４０を形成している点が異なる。例えば、ｐ−ＧａＰ透明接着層１２上に、半導体発光層２０を形成した際、半導体発光層２０の周辺のｐ−ＧａＰ透明接着層１２部分が露出される。
【００５０】
ところで、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層２３で発光して、ｐ−ＧａＰ透明基板１１に導入された光は、ｐ−ＧａＰ透明基板１１の内部反射等を経てｐ−ＧａＰ透明基板１１外部に取出されて行くが、ｐ−ＧａＰ透明接着層１２の露出部分に到達する光の一部は、外部に取出されないという問題がある。そこで、ｐ−ＧａＰ透明接着層１２に到達する光を発光に寄与させるために、Ａｕ等を主とする光反射層４０をｐ−ＧａＰ透明接着層１２の露出部分に設けている。
【００５１】
上述したような半導体発光装置によれば、上記第１の実施の形態による効果の他に、光反射層４０を追加することにより発光光をより有効に外部に取出すことができるため、上記第１及び第２の半導体発光装置に比較して、高い光出力を得ることが可能である。
【００５２】
本発明は、上述した第１乃至第３の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。
【００５３】
例えば、第２の実施の形態において、ｐ−ＧａＰ透明接着層が露出している部分に、第３の実施の形態で実施したＡｕ等を主とする反射層を堆積することができる。また、ｐ−ＧａＰ透明接着層の露出部分の面積と、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層等からなる発光部の面積とを、適切に分け合うことによって活性層で発光した光をより有効に外部に取出すことができる。
【００５４】
また、上述した実施の形態では、ＧａＰ透明基板はｐ型の場合を説明したが、ｎ型のＧａＰ透明基板を使用することもでき、この場合、半導体層等のｐ型とｎ型を全て逆にすることによって、同様な効果を有する半導体発光装置を得ることができる。
【００５５】
本実施の形態では、ＩｎＧａＡｌＰ系の可視光の半導体発光装置を前提に説明したが、バンドギャップの異なる化合物半導体を適切に設計することによって赤外あるいは青色から紫外光の半導体発光装置に対しても、本発明の考え方を適用できる。この場合、発光する光に対して透明な基板を選択して用いれば良いことはいうまでもない。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、発光及び光取出し効率の向上、及び実装負荷の少ない半導体発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置を模式的に示す断面図及び平面図。
【図２】実験用の半導体発光装置を模式的に示す断面図及び平面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置におけるｎ側コンタクト電極占有面積比と相対光出力との関係を示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置におけるＧａＰ透明基板のキャリア濃度と相対光束値との関係を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置を模式的に示す断面図及び平面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光装置を模式的に示す断面図及び平面図。
【図７】従来の半導体発光装置を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１、２、３、４、１００  半導体発光装置
１１、１１１  ｐ−ＧａＰ透明基板
１２  ｐ−ＧａＰ透明接着層
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  半導体発光層
２１  ｐ−ＩｎＧａＰ接着層
２２  ｐ−ＩｎＡｌＰクラッド層
２３、１１５  ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ活性層
２４  ｎ−ＩｎＡｌＰクラッド層
２５  ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層
２６  ダブルヘテロ構造部
２７  ｎ−ＧａＡｓコンタクト層
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ  第１主電極
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、１２１  ｎ側コンタクト電極
３２、４０  光反射層
３３  ｐ側コンタクト電極（第２主電極）
１１２  ｐ−ＧａＰ層
１１３  ｐ−接着層
１１４  ｐ−クラッド層
１１６  ｎ−クラッド層
１１７  ｎ−電流拡散層
１２４  ｐ側コンタクト電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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